黃河萬家寨水利樞紐工程首次大壩安全鑒定

黃河萬家寨水利樞紐工程首次大壩安全鑒定

黃河萬家寨水庫工程位于黃河上游以北的托克托——龍口峽谷段。黃河上游的第一個階段是黃河上游的一個逐步發(fā)展?？刂品秶鸀?9.5萬km2，總蓄水能力為8.968.13m3，正常蓄水能力為977.00m，設(shè)計洪水容量為974.99m，洪水面積為979.10m。該項目是國防部直接經(jīng)營的大型節(jié)水項目。該項目的等級為一級，主要建筑面積為一級。樞紐工程由攔河壩、泄水建筑物、壩后式廠房、引黃取水建筑物及GIS開關(guān)站等組成,攔河壩為半整體式混凝土重力壩,壩頂高程982.00m,壩頂長443m,最大壩高105m。工程于1994年11月3日開工建設(shè),1998年10月1日下閘蓄水,1998年11月28日首臺機組并網(wǎng)發(fā)電,2002年9月14日通過竣工驗收。根據(jù)《水庫大壩安全鑒定辦法》(水建管271號)的要求,黃河萬家寨水利樞紐有限公司在工程竣工驗收5年后決定對萬家寨水利樞紐工程進行一次全面安全鑒定,以了解工程目前的安全性態(tài),為樞紐安全運行管理和充分發(fā)揮工程效益提供科學(xué)依據(jù)。一、大壩安全鑒定工作2007年4月,黃河萬家寨水利樞紐有限公司委托南京水利科學(xué)研究院、中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司工程技術(shù)研究院、水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗測試中心等單位承擔(dān)樞紐工程大壩安全評價工作。2007年5月18日,大壩安全鑒定現(xiàn)場安全檢查專家組在查閱工程勘查設(shè)計、施工與運行等資料的基礎(chǔ)上,對水工建筑物和金屬結(jié)構(gòu)等涉及水庫大壩運行安全的重要部位進行了現(xiàn)場檢查,并提出了安全評價工作的重點和建議。2007年6月—2008年4月,安全鑒定承擔(dān)單位按照《水庫大壩安全鑒定辦法》(水建管271號)要求完成了大壩安全評價工作。2008年4月8—10日,大壩安全鑒定會在呼和浩特市召開,大壩安全鑒定報告書通過水利部綜合事業(yè)局上報水利部審定。2008年6月,《黃河萬家寨水利樞紐工程大壩安全鑒定報告書》通過水利部審定,萬家寨水利樞紐工程為一類壩。二、現(xiàn)場安全檢測鑒于該工程為新建工程,基礎(chǔ)資料翔實完整,而且設(shè)置了較完善的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng),根據(jù)現(xiàn)場安全檢查專家組的建議,本次鑒定工作主要補充了混凝土與金屬結(jié)構(gòu)檢測工作。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和標準,結(jié)合運行表現(xiàn)和大壩安全監(jiān)測資料,對大壩運行管理、工程質(zhì)量、防洪標準復(fù)核、大壩結(jié)構(gòu)安全和抗震穩(wěn)定、滲流安全等進行安全分析評價。1.設(shè)計洪水、壩高該工程設(shè)計防洪標準為1000年一遇設(shè)計、10000年一遇校核。對照現(xiàn)行“防洪標準”(GB50201-94)和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)規(guī)定,該工程主要建筑物的設(shè)計洪水標準符合現(xiàn)行規(guī)范要求,校核洪水標準則高于現(xiàn)行規(guī)范標準,偏于安全。本次鑒定根據(jù)規(guī)范、設(shè)計批復(fù)及工程重要性,采用原設(shè)計防洪標準進行復(fù)核。本次安全復(fù)核延長洪水系列至2006年,經(jīng)計算分析,維持原設(shè)計洪水成果;按水利部水規(guī)計247號文的批復(fù),采用現(xiàn)狀庫容曲線調(diào)洪計算,原設(shè)計洪水位974.99m與校核洪水位979.10m維持不變;經(jīng)壩頂超高復(fù)核,壩頂高程滿足規(guī)范要求。防洪安全性為A級。2.運行管理問題工程管理機構(gòu)和管理制度健全,調(diào)度運用符合審定的調(diào)度規(guī)程。運行管理單位按照有關(guān)規(guī)程要求對大壩進行日常維修養(yǎng)護,對運行管理中出現(xiàn)的問題進行了排查與處理;樞紐對外交通與通信暢通;大壩安全監(jiān)測工作基本符合規(guī)范要求。工程自竣工驗收至今,已安全運行5年多,并經(jīng)歷過978.74m高水位考驗,工程處于完整的可運行狀態(tài)。運行管理綜合評價為“好”。鑒于該工程位于黃河上,建議水庫管理單位加強水庫泥沙淤積與水庫防凌監(jiān)測與對策研究。3.質(zhì)量保證體系萬家寨水利樞紐工程作為國家重點大型水利工程,勘探、設(shè)計、施工等工程建設(shè)的每一個環(huán)節(jié)都建立了較為完善的質(zhì)量保證體系。工程質(zhì)量滿足設(shè)計和規(guī)范要求,工程竣工驗收質(zhì)量評定為優(yōu)良等級?？⒐を炇諘r存在的缺陷已按要求進行了處理。本次混凝土與金屬結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果表明,工程質(zhì)量滿足規(guī)范要求,檢測出的局部缺陷不影響工程安全運用。蓄水運行至今,工程運行正常。工程質(zhì)量為“優(yōu)良”。4.防滲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及排水系統(tǒng)壩基巖體多屬微、弱透水性,基礎(chǔ)采用帷幕灌漿防滲與排水孔減壓方式降低壩基揚壓力,兩岸將灌漿帷幕向山體內(nèi)延伸,與壩基帷幕共同組成了上游側(cè)基礎(chǔ)的防滲體系。在壩體橫縫、壩體與岸坡接縫部位設(shè)置了止水,并設(shè)置了相應(yīng)的排水系統(tǒng),由鄰近上游壩面的無砂混凝土排水管和連通的縱向廊道組成排水網(wǎng)管。大壩防滲及排水設(shè)計完善。(1)最大揚壓確定根據(jù)觀測資料,壩基防滲帷幕下游側(cè)建基面揚壓水頭和揚壓力強度系數(shù)縱向分布見圖1,建基面最大揚壓水頭位于#20壩段,測點揚壓水頭14.8m,對應(yīng)揚壓力強度系數(shù)為0.14,小于岸坡壩段揚壓力強度系數(shù)設(shè)計值0.35;河床段實測揚壓力強度系數(shù)最大為0.043(#5壩段),小于設(shè)計值0.25。(2)護坦廊道內(nèi)滲流量分析水庫運行初期受泄水淘蝕影響,水體從護坦下游底部巖層層面及節(jié)理裂隙向上游滲流,滲流量由1998年11月底的5L/s增大到1999年3月的7.16L/s,基礎(chǔ)排水廊道排水孔涌水量逐漸增大,經(jīng)采取增設(shè)下游防滲帷幕、部分防沖板加厚、防沖板下基巖(部分)固結(jié)灌漿等防滲加固處理,護坦廊道內(nèi)滲流量較加固前減少近90%,目前滲流量基本穩(wěn)定在0.8L/s左右,表明下游側(cè)防滲措施截斷了主要的滲水通道,效果較好。根據(jù)護坦下游廊道內(nèi)位于壩基的四支測壓管觀測資料,經(jīng)計算,該壩段下游平均殘余揚壓力強度系數(shù)約為0.56,大于設(shè)計值0.40。建議加強監(jiān)測和護坦尾部排水孔排水。(3)壩體防滲壓力壩基年最大滲流量及相同庫水位下的壩基滲流量呈逐年降低趨勢,壩基滲流性態(tài)較好。壩體滲流量前期主要與庫水位相關(guān),后期則受庫水位與溫度共同影響,表現(xiàn)為冬季滲流量顯著增加,變化與溫度對混凝土壩接縫開合度影響的規(guī)律相符,但其呈逐年增高趨勢,主要集中于#9~#11壩段,可能與局部壩段壩體施工冷縫、橫縫處理不到位有一定關(guān)系;觀測到的最大滲流量約8.84L/s(2008年1月12日,當(dāng)日溫度-7.4℃,庫水位971.87m),總體滲流量不大,建議加強觀測與進一步檢查。綜合運行與監(jiān)測資料分析結(jié)果,防滲帷幕和壩基排水孔對降低揚壓力效果明顯,壩體滲透壓力與大壩基礎(chǔ)揚壓力滿足設(shè)計要求,壩基及壩體滲流量較小,大壩滲流性態(tài)基本正常。滲流安全性為“A”級。5.結(jié)構(gòu)安全評估(1)壩體水平位移壩頂橫向位移主要受庫水位、溫度影響,與庫水位呈正相關(guān)、與氣溫成負相關(guān),符合一般規(guī)律。以時間系列較長的1998年l0月16日—2003年4月28日數(shù)據(jù)進行分析,兩岸位移較中間小,向下游最大位移為15.70mm,向上游最大位移為-0.17mm,位移最大變幅17.93mm。壩體975.00m高程橫向水平位移采用引張線觀測。壩體向下游最大位移值14.33mm,向上游最大位移-2.02mm,各測點變幅為3.22~15.57mm,最大變幅15.57mm,相鄰壩段水平位移錯動量較小,不超過2mm。(2)壩體內(nèi)部位移冬季高水位時的撓度分布見圖2。由圖可見,壩體水平位移分布基本正常;縱向(垂直河流)水平位移均向左岸運動,與外部變形網(wǎng)觀測位移方向一致,最大水平位移位于975.00m高程,冬季高水位時,#14壩段一般約4.2~6.3mm;橫向(順河流)水平位移上部壩體向下游運動,最大位移位于壩頂或975.00m高程,#14壩段一般約4.5~7.0mm,頂部與底部撓度差最大約4.0mm,變化均較穩(wěn)定。位于#14壩段底部910.00m高程倒垂觀測點橫、縱向變位分別為-2.215~3.507mm、-0.808~3.682mm,反映壩體沿壩基未出現(xiàn)明顯滑移,大壩是穩(wěn)定的。(3)壩體應(yīng)力復(fù)核河床壩段原設(shè)計按平面問題材料力學(xué)法分析。按照規(guī)范,結(jié)合壩前泥沙實際淤積高程及壩基實測揚壓力分析,除壩基揚壓力及泥沙壓力小于原設(shè)計荷載外,其余計算工況、荷載及荷載組合不變,實際情況較原設(shè)計更為有利。岸坡壩段原設(shè)計采用拱梁分載法,設(shè)計時壩基揚壓力在岸坡主排水孔處一次折減,強度系數(shù)取0.35,根據(jù)實測揚壓力,該壩段揚壓力強度系數(shù)小于原設(shè)計值,實際偏于安全。同時,本次鑒定采用三維有限元對#4表孔壩段、#7底孔壩段、#9中孔壩段和#13電站壩段的壩體應(yīng)力進行了復(fù)核。校核洪水位979.10m時#9壩段垂直向應(yīng)力分布見圖3,計算結(jié)果表明,壩址、壩踵處的拉、壓應(yīng)力及孔口控制點的應(yīng)力沒有超出混凝土的設(shè)計強度,符合規(guī)范要求。(4)壩段抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果原設(shè)計采用抗剪斷公式計算,與目前規(guī)范規(guī)定一致,滑動面確定合理,滑動面物理力學(xué)參數(shù)合適,根據(jù)大壩運行及滲流分析,目前泄水壩段護坦處殘余揚壓力強度系數(shù)0.56高于設(shè)計值0.40,其余壩段實際情況均滿足設(shè)計要求。因此本次鑒定對泄水壩段的靜力抗滑穩(wěn)定進行了復(fù)核,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)仍滿足規(guī)范要求。綜上,大壩結(jié)構(gòu)安全性為A級。6.工程運行狀況按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,目前大壩設(shè)計的校核洪水標準高于規(guī)范要求,樞紐泄洪能力留有余地,泄洪排沙建筑物泄洪能力滿足泄洪、排沙要求。消能采用長護坦低尾坎挑流消能方案。護坦為鋼筋混凝土厚板,并采取了錨筋、固結(jié)灌漿、排水、帷幕、止水等多種工程措施,護坦結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足要求。設(shè)計時,對消能防沖進行了計算及水工模型試驗,表明水流消能方式恰當(dāng),泄水建筑物水力學(xué)條件較好,滿足設(shè)計要求。目前下游沖坑不深、挑距較遠、尚未見危及工程安全跡象,工程運行基本正常。電站進水口布置合理、結(jié)構(gòu)安全;引水壓力鋼管運行正常,采用壩面淺埋式墊層管,鋼管與外包鋼筋混凝土聯(lián)合受力,綜合安全系數(shù)高于現(xiàn)有壩內(nèi)埋管和壩后背管。監(jiān)測資料表明鋼管和鋼筋應(yīng)力均在允許范圍,外包混凝土裂縫雖超過設(shè)計限制值,但尚未影響管道安全運行。廠房排水效果明顯,揚壓力不高,蝸殼鋼板及外包混凝土鋼筋應(yīng)力及尾水管鋼筋實測應(yīng)力正常。引黃取水建筑物布置合理緊湊,結(jié)構(gòu)設(shè)計符合有關(guān)規(guī)范規(guī)定,經(jīng)約5年多的高水位運行,監(jiān)測及運行表明,建筑物運行正常。因此,泄、輸(引)水建筑物結(jié)構(gòu)安全性為A級。7.大壩抗震設(shè)計基本烈度的復(fù)核根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),樞紐工程區(qū)50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g,場地反應(yīng)譜特征周期0.45s,對應(yīng)地震基本烈度仍為Ⅵ度。由于工程為一等工程,原設(shè)計按照《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》(SL203-97)的規(guī)定,按烈度Ⅶ度進行抗震設(shè)防,符合現(xiàn)行規(guī)范要求。經(jīng)復(fù)核,大壩抗震安全滿足規(guī)范要求。大壩抗震安全性為A級。8.運行考驗及現(xiàn)場安全意識未達到要求萬家寨水利樞紐工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求;制造、安裝質(zhì)量良好;檢測、運行考驗及現(xiàn)場安全檢查未發(fā)現(xiàn)嚴重結(jié)構(gòu)安全隱患。目前金屬結(jié)構(gòu)銹蝕程度為A~B級,屬于輕微腐蝕~一般腐蝕。復(fù)核后的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足現(xiàn)行規(guī)范要求;閘門的啟閉能力滿足設(shè)計和運行要求;在緊急情況下可保證閘門的開啟,未發(fā)現(xiàn)影響安全的隱患。金屬結(jié)構(gòu)安全性為A級。9.《中國投資》萬家寨水利樞紐工程防洪標準滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)安全,運行狀況良好,能按設(shè)計正常運行,根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》(SL258-2000),綜合評價該樞紐工程為一類壩。鑒于工程重要、效益顯著,建議管理單位進一步加強對泥沙淤積、防凌問題的監(jiān)測,開展專題研究,重視水庫排沙調(diào)度運用,優(yōu)化水庫運用方式,提高樞紐工程的綜合效益;進一步完善應(yīng)急預(yù)案及運行維護監(jiān)測制度,